JP3678631B2

JP3678631B2 - 荷電粒子加速管の製作方法

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Publication number: JP3678631B2
Application number: JP2000161921A
Authority: JP
Inventors: 雅章梶山; 良雄佐藤; 富士夫青山; 勝丸平賀; 利夫榊原; 和雄古屋
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP2001345200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子線発生器内の荷電粒子加速管の製作方法に係り、特に接着により加速電極と絶縁体の組立てを行う、荷電粒子加速管の製作方法に関する。
以下、荷電粒子の内、特に電子線の加速管製作方法について主に記載するが、本発明に係る加速管製作方法は電子線に限定されず、他の荷電粒子の加速管にも同様に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
現在、世界的に問題となっている大気汚染による地球温暖化や酸性雨等は、例えば火力発電所等から排出される燃焼排ガス中に存在するＳＯｘ、ＮＯｘ等の成分に起因していると考えられる。これらのＳＯｘ、ＮＯｘ等の有害成分を除去する方法として、燃焼排ガスに電子線を照射することによって、脱硫・脱硝（ＳＯｘ、ＮＯｘ等の有害成分の除去）を行うことが実施されている。
【０００３】
図１は係る用途に用いられる電子線照射装置の一例を示す。この燃焼排ガスの処理装置は、直流高電圧を発生する電源装置１０と、電子線を形成して燃焼排ガスに照射する電子線照射装置１１と、その装置１１の電子線の照射出口である窓箔１５に沿って設けられた燃焼排ガスの流路１９とから主として構成されている。例えばＴｉ等の薄板からなる窓箔１５から外部に放出された電子線は、燃焼排ガス中の酸素（Ｏ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）等の分子を照射する事により、これらは非常に酸化力の強いＯＨ、Ｏ、ＨＯ_２等のラジカルとなる。そしてこれらのラジカルが、ＳＯｘおよびＮＯｘ等の有害物質を酸化し、中間生成物である硫酸と硝酸とを生成する。これらの中間生成物はあらかじめ投入しておいたアンモニアガス（ＮＨ_３）と反応し、硫安および硝安となり、肥料原料として回収される。従って、このような排ガス処理システムにおいては、燃焼排ガス中から有害なＳＯｘ、ＮＯｘ等の成分を除去することができると共に、その副生品として有用な硫安・硝安等の肥料の原料として回収する事ができる。
【０００４】
図２は、電子線の発生・加速部である電子銃チャンバと加速管の構成例を示す。ここで電子線の発生加速部は、熱電子フィラメント等の電子源１と、その電子源１より発生した電子を略ビーム状にする電子銃７と、電子銃７で所定のエネルギー・形状を有するビームとなった電子線を収束・加速する多数の加速電極２を備えた加速管５とから主に構成されている。加速管５において、加速電極２間は絶縁体３により絶縁分離されている。電子銃７は、電流が流れることで、熱電子を発生するフィラメント（電子源）１と、フィラメントと略同電位であるウェーネルト電極と呼ばれ、前記電子源を略取り囲む形状であり前記電子を放出する経路を有する電極８と、電極８よりフィラメントから放出された電子進行方向側に配置された引き出し電極と呼ばれる電極９と、フィラメントを保持するフィラメントフランジ６と、フィラメントフランジの熱を逃がし電子線源を冷却するフィン等から構成されている。
【０００５】
電流の流れているフィラメント９は２０００〜３０００Ｋの高温に熱せられて、熱電子を放出する。電子線発生器の場合、負の高電圧が図１での高電圧電源１０から電子銃７部分に印加される。フィラメントから放出された熱電子はウェネルト電極８と引出し電極９の作る電界によってある程度の方向性を有する電子ビームとなり、加速電極２と絶縁体３で構成される加速管５に進行する。加速管５部分に入射した電子ビームは加速電極２によって作られる電界により加速・収束を繰返し所定形状・所定エネルギーの加速された電子ビームとなる。加速された電子ビームは図１に示すように集束コイル１６と偏向・走査コイル１７によって集束・偏向・走査されて薄膜１５を通過して被照射体（ここでは排ガス１９）を照射する。
【０００６】
上述したようにフィラメントフランジ６および加速電極２と絶縁体３により構成される加速管５は真空容器を形成している。真空容器の内部は１０^−６Ｐａ程度の高真空に保持される。従って、加速管５を構成する加速電極２と絶縁体３自体が真空気密容器を構成していて、加速電極２と絶縁体３とは接着剤を介して接合することで気密封止をしている。
【０００７】
ここで従来の加速管組立て接着の方法について詳細に述べる。加速管を組立てるための接着剤は加速電極２および／または絶縁体３の接着面に塗布しても良いが、ここでは絶縁体３の接着面に接着剤を塗布した例について述べる。
接着される加速電極２、絶縁体（ガラスもしくは各種セラミックス）３の接着表面を充分滑らかなものとし、さらにアセトンなどの有機溶媒で清浄化しておく。接着剤をトルエンやアセトンなどの有機溶媒で溶解して塗布し易い粘度とした上で、絶縁体３に人手、もしくは接着剤塗布装置で片面に塗布する。
上記▲２▼で塗布した接着剤の溶媒が揮発し、接着剤の表面形状が容易に変形することが無くなった時点で接着剤の塗布されていない他面に▲２▼と同様に接着剤を塗布する。
接着剤塗布された両面が容易に変形することが無くなった時点で、真空加熱炉内で絶縁体に塗布した接着剤中の溶媒を完全に除去するために絶縁体を真空加熱する。
真空加熱後、室温になった絶縁体３を加速電極２と交互に重ねて設置し、その上部に電子銃チャンバー７、その下部に下部電極を設置して、加熱・押圧を所定圧力値で所定時間施し、被接着体が室温となれば、加速管の組立て接着が完了する。
【０００８】
図１０は、従来の接着剤塗布加工方法による加速管製作の問題点を示す。図１０（ａ）では上部の加速電極２が絶縁体３に対して平行に接着されておらず角度αを有して接着されていることを示している。図１０(ｂ）は接着された加速管内部の接着剤状態を概略説明した図である。接着剤中にボイドＥ、余剰接着剤Ｃ、余剰接着剤がその形状により鋭角部分Ｄを形成していることを示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の加速管接着組立てによれば、絶縁体の表面に接着剤を塗布した状態で加速電極との接着工程を実施していたので、当初から接着面にムラがあり、図１０（ａ）に示すような接着後においても接着面における接着剤厚さの変化、もしくは図１０（ｂ）に示すようなボイド（符号Ｅ）が生じることがあった。この接着面の不均一性が必要とされる加速管の機械的強度を満足できなかったり、要求される加速管の電気的絶縁耐力を満足しなかったりした。さらには図１０（ｂ）のＣ部のように余剰接着剤が加速管内部にはみ出した場合（符号Ｃ）には、実際のビームでビームコンディショニングと呼ばれる加速管の慣らし運転を行っている時や加速管内の電界が乱れた時などでビームが余剰接着剤Ｃに衝突すると、真空雰囲気の加速管５内に莫大な量のガスを放出する。ガスが放出された高電圧が印加されている加速管５は放電し、加速管もしくは加速管回りの電子素子を破壊する。
【００１０】
このように接着面での接着剤の塗布ムラは電子線照射装置での加速管の安定運転を阻害する大きな原因となっていた。さらに接着面の内、図１０（ｂ）の符号に示す接着剤と絶縁体、加速電極の界面形状が鋭角となる場合には、上記D部には電界が集中するため、放電が起き易く加速管の安定運転が困難となっていた。そのため接着面の接着剤形状・接着剤量を精密に制御できる方法が望まれていた。
【００１１】
さらに、従来の接着剤では加速管が実際に電子ビームを発生した際に同時に発生する制動X線の影響で接着剤の接着強度が弱まるという課題が存在し、加速管は所定の時間運転することでその強度が劣化することが問題となっていた。
【００１２】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、高電圧を印加する加速管に絶縁劣化等の問題が生ぜず、安定した運転を行える荷電粒子加速管の製作方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、荷電粒子発生源を内部に保持する荷電粒子銃チャンバと、複数の加速電極と、前記複数の加速電極と交互に配置されて各々前記加速電極と接着される複数の絶縁体とを有する加速管の製造方法において、前記加速電極と絶縁体の接着に使用する接着剤を塗布した後、該接着剤を均一厚さとなるように機械加工し、その後接着することを特徴とする荷電粒子加速管製作方法である。
これにより、接着前の段階において、塗布する接着剤を均一厚さとしたことで、加速管の組立て精度が向上し、さらに加速管の機械的強度を高めた荷電粒子線加速管を製作することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記機械加工は精密旋盤によることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子加速管の製作方法である。これにより、上記機械加工を容易に行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記接着剤は前記絶縁体に塗布することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子加速管製作方法である。略ドーナツ状の絶縁体に接着剤を塗布することで、容易に加速電極との接着を形成出来るようにしたものである。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記接着剤は分子量が１０００００以上の酢酸ビニールポリマーであることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子加速管製作方法である。これにより、制動X線が生じても、接着剤の接着強度の劣化を防止できる。
【００１７】
総じて本発明によれば、寸法精度の高い加速管を製作でき、さらに接着剤量を必要最小限とすることができるため、加速管強度・加速管達成真空度が安定化できる。さらに接着剤分子量を所定以上の分子量とすることで、Ｘ線による劣化を防止した加速管が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図３乃至図９を参照しながら説明する。
【００１９】
図３および図４は、それぞれ加速電極２および絶縁体３の形状を示す。加速電極２は薄いドーナツ状の金属円板であり、電子線の通過のための開口Ｓaがその中央に配置されている。複数の加速電極２による電界によって荷電粒子（以下電子を代表させて述べる）を加速・収束する。端部は電界を緩やかにするために所定の曲率を有した形状にしている。絶縁体３は同様に短い円筒状の絶縁体であり、絶縁体３は石英ガラスや各種セラミックス（例えばアルミナセラミックス、商品名「ホトベール」や「マコール」）の材質である。ここで絶縁体３の内面が段差３ａを有する形状となっているのは加速管の真空側での放電パラメータである沿面距離を長くするためである。
【００２０】
図５では石英ガラスまたはセラミクスからなる絶縁体３の表面にトルエンもしくはアセトン等の溶媒で溶かされ流動性を有する接着剤２１が人手もしくは図示しない接着塗布装置で塗布された様子を示している。接着剤２１は流動性を有し、表面張力も大きいので当初流動性を有した接着剤に含まれる溶媒が揮発する際の状況によって接着剤表面が凸凹になることが多い。
【００２１】
即ち、図５は、絶縁体３の両面に接着剤２１を塗布した状態を示す。この状態では加工前の接着剤２１の面は凹凸を有している。このまま加速電極２と接合すると、図１０に示すような各種問題点が生じることは上述した通りである。従って、本発明においては図６に示すように精密施盤等を使用することで、その接着剤表面の切削を行う。図７は図５の接着剤２１面を機械加工した後の接着剤２１ａ面である。精密旋盤２３などを使用することで接着剤の厚さを均一とし、接着に必要な最低限の接着剤量にすることが可能である。余剰な接着剤は加速管の真空度を悪化させ、さらには加速管の機械的強度・電気的絶縁耐力を低下させる大きな要因となるため、最小限の接着剤で均一厚みに加工した接着面を作ることは加速管の製作上有効である。従って、接着剤の塗布後に接着面の機械加工工程を取り入れて、接着面の厚さ、寸法精度を高め、その後圧力および温度をかけて接合するようにしている。また、接着剤の機械加工後の加工面に油脂（切削油など）が残存しないようにしている。
【００２２】
図８は、本発明による接着剤塗布・加工を実施して、その後絶縁体３に加速電極２を接着した状態を示し、図９は加速管接着部分の拡大図である。最小限の接着剤量・均一厚さの接着剤２１ａとしたことで接着面から接着剤が出っ張ることが無く、且つ鋭角が生じることが無く放電が生じにくい良好な加速管内面が得られる。
【００２３】
さらに本発明では接着剤に酢酸ビニールポリマーを使用し、その酢酸ビニールポリマー分子量を１０００００以上としている。従って、電子および荷電粒子が加速されたときに発生する制動Ｘ線が加速管内周面に照射されても、接着剤の分子量が大きいために接着剤強度の劣化がほとんど無い加速管を製作できる。本発明者はこの接着剤を使用した加速管にて、８００ｋＶ、５００ｍＡのビームで５００時間以上の連続運転を達成し、加速管の対Ｘ線能力を実証した。
【００２４】
尚、上記実施形態においては、接着剤を絶縁体に塗布する例について説明したが、加速電極に塗布するようにしても、また絶縁体と加速電極の双方に塗布するようにしてもよいことは勿論である。
また、接着剤として分子量が１０００００以上の酢酸ビニールポリマーを使用する例について説明したが、同等の機能を有する接着剤についても同様に滴用可能であることも勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子線発生器内の加速管の加工精度を高め、且つ加速管の機械的強度および電気的絶縁耐力を高めた加速管が製作できる。このため、荷電粒子発生器の運転の安定化を図れ、産業上の利用効果が絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子線照射装置の一例を示す図である。
【図２】電子線加速管の一例を示す図である。
【図３】（ａ）絶縁体の平面図と、（ｂ）絶縁体の断面図である。
【図４】（ｂ）加速電極の平面図と、（ｂ）加速電極の断面図である。
【図５】接着剤塗布面を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の塗布された接着剤を精密旋盤歯により加工している説明図である。
【図７】接着剤を均一厚さに加工した状態を示す図である。
【図８】本発明の接着加工方法により接着された加速管の加速電極と絶縁体を示す説明図である。
【図９】図８の要部の拡大図である。
【図１０】従来の接着加工方法により接着された加速管の問題点を示す図である。
【符号の説明】
１フィラメント
２加速電極
３絶縁体
８ウェネルト電極
９引出し電極
７荷電粒子銃チャンバー
６フィラメントフランジ
７電子銃（荷電粒子銃）
１１電子線照射装置
１５窓箔
１６集束コイル（電磁石）
１７偏向・走査コイル（電磁石）
１９流路
２１，２１ａ接着剤
２３精密旋盤の刃

Claims

荷電粒子発生源を内部に保持する荷電粒子銃チャンバと、複数の加速電極と、前記複数の加速電極と交互に配置されて各々前記加速電極と接着される複数の絶縁体とを有する加速管の製造方法において、前記加速電極と絶縁体の接着に使用する接着剤を塗布した後、該接着剤を均一厚さとなるように機械加工し、その後接着することを特徴とする荷電粒子加速管の製作方法。
前記機械加工は精密旋盤によることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子加速管の製作方法。
前記接着剤は前記絶縁体に塗布することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子加速管の製作方法。
前記接着剤は分子量が１０００００以上の酢酸ビニールポリマーであることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子加速管の製作方法。